- •Международный университет природы, общества и человека “Дубна”
- •Часть 1. Метрология
- •Глава 1. Метрология как наука об измерениях
- •1.3 Физические величины и их измерения
- •1.4 Шкалы измерений
- •1.5 Системы физических величин
- •1.7 Классификация измерений
- •1.8 Принципы, методы и методики измерений
- •Глава 2. Системы единиц физических величин
- •2.1. Основные понятия
- •2.2 Метрическая система мер
- •2.6 Международная система единиц (си)
- •Глава 3. Cредства измерений и их свойства
- •3.3 Использование си
- •3.5 Класс точности си и его обозначение
- •Обозначение классов точности
- •Глава 4. Погрешности измерений
- •4.1 Понятие погрешности измерений
- •4.2 Модели объекта и погрешности измерений
- •4.3 Источники погрешности измерений
- •4.4 Классификация погрешностей измерений
- •4.5 Случайные погрешности
- •4.5.1 Статистическая устойчивость распределения наблюдений
- •4.5.2 Дифференциальные и интегральные законы распределения случайной величины
- •4.5.3 Характеристики оценки измеряемой величины
- •4.5.4 Примеры распределения случайных величин
- •4.5.5 Доверительные интервалы
- •4.6 Систематические погрешности
- •4.7 Методы обработки результатов прямых измерений
- •4.8 Однократные измерения
- •4.9 Определение результатов косвенных измерений и оценивание их погрешностей
- •4.10 Записи погрешностей и правила округления
- •Глава 5. Концепция неопределенности измерений
- •5.1 Основные положения концепции неопределенности измерений
- •5.2 Сопоставление концепций погрешности и неопределенности измерений
- •5.3 Использование концепции неопределенности
- •Глава 6. Правовые основы обеспечения единства измерений
- •6.1 Необходимость правового регулирования метрологической деятельности
- •6.2.Основные положения Закона рф «Об обеспечении единства измерений»
- •6.3 Государственный метрологический контроль и надзор
- •6.4 Калибровка си
- •6.5 Ответственность за нарушение законодательства по метрологии
- •6.6 Международные организации по метрологии
- •6.8. Государственная система обеспечения единство измерении (гси)
- •Часть 2. Техническое регулирование
- •Глава 7. Технические регламенты
- •7.1 Цели применения технических регламентов
- •7.2 Содержание и применение технических регламентов
- •7.3 Виды технических регламентов
- •7.4 Порядок разработки и принятия технических регламентов
- •7.5 Государственный контроль (надзор) за соблюдением требований технических регламентов
- •Глава 8. Стандартизация
- •8.1 Цели стандартизации
- •8.2 Принципы стандартизации
- •8.3 Организация работ по стандартизации
- •8.4 Документы в области стандартизации
- •8.5 Виды стандартов
- •8.6 Применение документов в области стандартизации
- •8.7 Международная стандартизация
- •2. Международная электротехническая комиссия (мэк)
- •8.8 Нормативные документы в области измерения ионизирующих излучений
- •8.9 Классификация стандартов
- •Основные деления классификатора следующие.
- •В качестве примера деления стандартов по классам и группам ниже рассматривается такой важный раздел классифи-катора, как общетехнические и организационно-методические стандарты.
- •Глава 9. Подтверждение соответствия
- •9.1 Понятие подтверждения соответствия
- •9. 2 Принципы подтверждения соответствия
- •9.3 Формы подтверждения соответствия
- •9.4 Добровольное подтверждение соответствия
- •9.5 Обязательное подтверждение соответствия
- •9.6 Сертификация систем обеспечения качества
- •9.7 Заключительные и переходные положения Закона
Международный университет природы, общества и человека “Дубна”
Кафедра “Биофизика”
Мокров Ю.В.
МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ
И СЕРТИФИКАЦИЯ
Учебное пособие
Дубна, 2007
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данное пособие предназначено для студентов университета «Дубна», у которых метрология, стандартизация и сертификация не являются основной специальностью. Пособие составлено в соответствии с программой курса «Метрология, стандартизация и сертификация», читаемого автором в объеме 32 академических часов. В нем рассмотрены основы метрологии и технического регулирования, включающего в себя вопросы, связанные с техническими регламентами, стандартизацией и сертификацией.
При написании учебного пособия была использована литература по указанным отраслям знаний, в том числе вышедшие в последнее время нормативные документы и публикации в периодической печати, касающиеся различных аспектов деятельности в области метрологии, стандартизации и сертификации. В частности, рассмотрены положения Федерального закона «О техническом регулировании». Основная использованная литература приведена в разделе «Библиографический список».
Введение данного курса в учебные программы обусловлено все возрастающей ролью метрологии как науки об измерениях и различных аспектов технического регулирования в развитии науки и техники, в производстве, в торговле, образовании, бытовом обслуживании, в повышении качества товаров и услуг и в других областях человеческой деятельности.
Поскольку первоначально курс читался студентам, обучающимся по специальности «Радиационная безопасность человека и окружающей среды», в нем в качестве примеров рассматриваются вопросы, связанные с метрологическим обеспечением и стандартизацией в области измерения ионизирующих излучений.
Автор выражает благодарность Тимошенко Г.Н. за техническую помощь при оформлении учебного пособия.
Часть 1. Метрология
Глава 1. Метрология как наука об измерениях
1.1. Понятие и основные проблемы метрологии
Слово «метрология» по своему образованию состоит из греческих слов «метро»мера и «логос»учение и означает учение о мерах. Слово «мера» в общем смысле означает средство оценки чего-либо. В метрологии оно имеет два значения: как обозначение единицы (например, «квадратные меры») и как средство для воспроизведение единицы величины.
В современной метрологии термин «мера физической величины» означает средство измерения, предназначенное для воспроизведения и хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров. Примером мер являются гири, измерительные сопротивления и т.п.
В соответствии с принятым определением метрология это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.
Под единством измерений понимается такое их состояние, когда результаты измерений выражаются в узаконенных единицах величин, а погрешности результатов измерений известны с заданной вероятностью и не выходят за установленные пределы. Единство измерений призвано обеспечить прежде всего сопоставимость результатов измерений, полученных в разных местах и в разное время, с помощью различных методов и средств измерений. Это связано со все возрастающим ростом требований в современном обществе к точности и достоверности используемой измерительной информации практически во всех сферах деятельности — научно-технической, экономической и социальной.
Подробнее содержание понятия «единство измерений» будет развернуто ниже, после изучения разделов о единицах величин и погрешностях измерений.
Точность измерений характеризует близость их результатов к истинному значению измеряемой величины и отражает близость к нулю погрешности результата измерений.
Предмет метрологии как науки об измерениях составляют следующие задачи:
общая теория измерений;
единицы физических величин и их системы;
методы и средства измерений;
методы определения точности измерений;
основы обеспечения единства измерений;
эталоны единиц физических величин;
методы передачи размеров единиц от эталонов к рабочим средствам измерений.
Метрология состоит из следующих основных разделов:
теоретическая (фундаментальная) метрология, предметом которой является разработка фундаментальных основ метрологии, таких, например, как общая теория измерений и теория погрешностей, теория единиц физических величин и их систем, теория шкал и поверочных схем и др.;
законодательная метрология, которая представляет собой совокупность обязательных для применения метрологических правил и норм по обеспечению единства измерений, которые функционируют в ранге правовых положений и находятся под контролем государства;
практическая (прикладная) метрология, которая решает вопросы практического применения разработок теоретической метрологии и положений законодательной метрологии, в частности, вопросы поверки и калибровки средств измерений.
Выделение законодательной метрологии с самостоятельный раздел обусловлено необходимостью законодательного регулиро-вания и контроля со стороны государства за деятельностью по обеспечению единства измерений.
Деятельность по обеспечению единства измерений (ОЕИ) регулируется Законом РФ «Об обеспечении единства измерений», принятом в 1993 г. Это закон устанавливает правовые основы обеспечения единства измерений в РФ. Он регулирует отношения государственных органов управления РФ с физическими и юридическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи, поверки и импорта средств измерений и направлен на защиту интересов граждан и экономики страны от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений. Подробнее правовые вопросы обеспечения единства измерений рассматриваются ниже в соответствующем разделе.
В России сформирована Государственная система обеспе-чения единства измерений (ГСИ) как система управления деятельностью по обеспечению единства измерений, возглавляемая, реализуемая и контролируемая Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулиро-ванием). Целью ГСИ является создание общегосударственных правовых, нормативных, организационных, технических условия для решения задач по ОЕИ Нормативная база ГСИ насчитывает более 2500 обязательных и рекомендательных документов, регламентирующих практически все аспекты в области метрологии. Подробнее о задачах и составе ГСИ будет сказано в разделе о правовых основах ОЕИ.
В настоящей главе рассматриваются основные понятия, входящие в определение метрологии.
Понятие измерения
Измерение является одной из самых древнейших операций в процессе познания человеком окружающего материального мира. Вся история цивилизации представляет собой непрерывный процесс становления и развития измерений, совершенствования средств методов и измерений, повышения их точности и единообразия мер.
В процессе своего развития человечество прошло путь от измерений на основе органов чувств и частей человеческого тела до научных основ измерений и использования для этих целей сложнейших физических процессов и технических устройств. В настоящее время измерениями охватываются все физические свойства материи практически независимо от диапазона изменения этих свойств.
С развитием человечества измерения приобретали все большее значение в экономике, науке, технике, в производственной деятельности. Многие науки стали называться точными благодаря тому, что они могут устанавливать с помощью измерений количественные соотношения между явлениями природы. По существу, весь прогресс науки и техники неразрывно связан с возрастанием роли и совершенствованием искусства измерений. Д.И. Менделеев говорил, что «наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».
Не меньшее значение имеют измерения в технике, производственной деятельности, при учете материальных ценностей, при обеспечении безопасных условий труда и здоровья человека, в сохранении окружающей среды. Современный научно-технический прогресс невозможен без широкого использования средств измерений и проведения многочисленных измерений.
В нашей стране проводится более десятки миллиардов измерений в день, свыше 4 млн. человек считают измерение своей профессией. Доля затрат на измерения составляет (10-15) % всех затрат общественного труда, достигая в электронике и точном машиностроении (50-70) %. В стране используется около миллиарда средств измерений. При создании современных электронных систем (ЭВМ, интегральных схем и т. п.) до (60-80) % затрат приходится на измерения параметров материалов, компонентов и готовых изделий.
Все это говорит о том, что невозможно переоценить роль измерений в жизни современного общества.
Хотя человек проводит измерения с незапамятных времен и интуитивно этот термин представляется понятным, точно и правильно определить его не просто. Об этом говорит, например, дискуссия по вопросам понятия и определения измерения, прошедшая не так давно на страницах журнала «Измерительная техника». В качестве примера ниже приводятся различные определения понятия «измерение», взятые из литературы и нормативных документов разных лет.
Измерением называется познавательный процесс, заключаю-щийся в сравнении путем физического эксперимента данной величины с некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения (М.Ф. Маликов, Основы метрологии, 1949 г.).
Нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (ГОСТ 16263-70 по терминам и определениям метрологии, ныне не действующий).
Совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины (Рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 29-99 Метрология. Основные термины и определения, 1999 г).
Совокупность операций, имеющих целью определить значение величины (Международный словарь по терминам в метрологии, 1994 г.).
Из рассмотрения приведенных определений понятия «измерение» наиболее предпочтительным, включающим в себя в той или иной мере все другие приведенные определения, следует считать определение, приведенное в РМГ 29-99. В нем учтена техническая сторона измерения как совокупность операций по применению технического средства, показана метрологическая суть измерения как процесса сравнения с размером единицы (мерой) и представлена познавательная сторона измерения как процесса получения значения величины.
Приведенные выше определения измерения могут быть выражены уравнением, которое в метрологии называется основным уравнением измерений:
где измеряемая величина; числовое значение измеряе-мой величины; единица измерения.
Во всех определениях измерения присутствует понятие величины, или более строго, физической величины.